1、 毕业论文 震动 报警器 设计 姓 名 ： 于 * 指导教师 ： 田 * 专 业 ： 应用电子技术 班 级 ： 012 2014 年 11 月 1 日 毕业论文 目 录 摘 要 . 1 引 言 . 错误 !未定义书签。 1.绪论 . 2 1.1 设计的主要内容和意义 . 错误 !未定义书签。 1.1.1 设计防盗报警器的内容 . 错误 !未定义书签。 1.1.2 设计防盗报警器的意义 . 错误 !未定义书签。 1.2 防盗报警器的分类及其介绍 . 错误 !未定义书签。 1.2.1 被动式红外传感器 . 错误 !未定义书签。 1.2.2 主动式红外探测器 . 错误 !未定义书签。 2.硬件电路的
2、设计 . 4 2.1 家居防盗报警器的硬件组成 . 4 2.2 家居防盗报警器的硬件设计 . 4 2.2.1 电源设计 . 4 2.2.2 人体红外采集电路设 计 . 5 2.2.3 控制、显示电路设计 . 5 3.软件的设计 . 12 3.1 KEIL 应用 . 12 3.2 PROTEL99SE 应用 . 12 3.3 程序流程图 . 14 4.系统分析与调试 . 15 结 论 . 17 参考文献 . 18 致 谢 . 19 附录 1 原理图 . 20 附录 2 仿真图 . 21 附录 3 源程序 . 22 毕业论文 1 震动 报警器 设计 摘 要： 本文中介绍了一些比较常见的安防报警系统
3、及应用。此处来设计其中比较实用的振动报警器。提出了两种设计方案 纯电路式及基于单片机式。此次主要以基于单片机的振动报警器为中心，简要介绍了单片机的发展和应用，阐述了电路与程序的设计方法。期望可以达到当检测到有振动时会发出报警声的目的。整个系统电路设计简单、容易实现，设计出的振动报警器适用于家庭报警。 该报警器具有误报率较低、 安装和配置容易 、 成本低 、 能量消耗 少、 使用非常方便 的特点。实 现的原理是 震动传感器将震动信号转换成电压信号 ， 通过 LM393 电压比较器，输出电平信号 ，单片机根据电平信号做出报警输出 ，数码管显示出信号发出的具体范围。 可以应用于 家居防盗、仓库防盗等
4、多种防盗场合， 具有很强的实用价值和良好的市场前景。 关键词： 震动 报警，单片机 ，防盗系统 毕业论文 2 1.绪论 自改革开放以来，随着科技的普及，人们的生活和文化知识水平得到了 很大 的提升 ， 但是 同时 一些不稳定的社会因素也随之而来了，这样就促成 了 人们对安防意识的加强 。而 随着安防技术的不断发展 ， 安防 报警系统也开始 应用于家庭生活、工农业生产、交通、 机动车、通信、防灾等领域，安防设备的种类也越来越多，主要是根据环境的需要不同而安装合适的安防设备。而安防设备中除了如监控摄像类的设备是由人工监视并对看到的事情做出相应的处理之外，最多见的还是安防报警系统，可以达到自动报警去
5、提醒人们某个事件的发生。 节 1.01 1.1 安防 报警系统 简介 按照坏境需要来分，安防报警系统主要可以分为电路防盗报警、机动车用报警器、工农业生产用报警器和日常生活用报警器 1等。 (a) 1.1.1 电路防盗报警器 电路防盗报警有很多种类，例如断线式防盗报警器、感应式防盗报警器、红外线反射式防盗报警器、触 摸式防盗报警器、无线防盗报警器、振动式防盗报警器、声控式防盗报警器等多种报警器都属于防盗报警电路。这些报警电路比较简单，是由电路来实现报警的，而且实用型比较普遍。 以断线式防盗报警器为例，它的成本比较低，制作比较容易，可适用的范围比较大，它被广泛应用于家庭、商店、仓库或者果园、鱼塘等
6、防盗监控场所中。断线式防盗报警器电路是由检测电路、报警控制电路、音频放大电路组成。其检测电路主要是时时检测警戒线的状态，若发现警戒线被打断，则发出报警信号，由报警控制电路来控制报警器工作，声音经过音频放大电路放大后输出发出警报声 音。 其他的防盗报警器的工作原理电路组成与断线式相似，只是其检测电路部分不相同。像触摸式、声控式的应用有楼道感应式灯泡等，只是报警电路换成了灯泡电路了。而感应式、反射式可以应用于监测某一点有无生物接近等处，其主要部件为传感器。无线防盗报警系统则加入了无线信号发送器及接收器，使得可监控的距离更远而不受限于电路导线。 (b) 1.1.2 机动车用报警器 在现在的社会中，机
7、动车的数量越来越多，而为了机动车的安全，机动车用报警器就应运而生了。例如可以对汽车油压、气压、温度及速度进行检测的汽车多功能报警器，它可以在汽车油压偏 低、气压偏低或发动机温度过高、车速过快时而发出警报，提醒驾驶员排出故障、以便行车安全。而事实上，现在的机车中多已安装了油量监测报警器了，它会对机车油量进行监控，当油量低于某值时会提示驾驶员加油，而如合肥等城市的公交车上已经安装了机车超速报警装置，当公交车车速大于某值时，会发出警报提示驾驶员已超速等。 另外，还有一种常见的机动车报警装置，即当机动车在倒车时，会发出“倒车，请注意！”的语音警示语，以提示车后的人进行回避。以及汽车防盗报警器，它具有断
8、线和声控触发报警功能，当车门、车窗被打开，电源锁被开启，车体被移 动时，报警器会被触发而发出响亮的警报声。而现在很多的摩托车、电瓶车等大多都安装了防盗报警系统。 毕业论文 3 (c) 1.1.3 工农业生产用报警器 在工业应用方面，最常见的应该是有毒物质超限报警器了。如矿井中的瓦斯气体超限报警器等。它能时时地去测量矿井中瓦斯气体的浓度，并可以在含量即将超标，可能会发生危险时便发出警报，以提醒工人们可以迅速的离开。相似的还有可燃气体报警器等。 在农业方面，有温度、湿度超限报警器等。例如在大棚生产中，必须要保持一个适宜的温度和湿度，此类报警器则是时时地测量大棚中的空气湿度和温度，并在过低或者过高时
9、 发出警报，提示人们做出相应得对策。 另外一方面，由于现在自然灾害比较严重，而且发生的很突然，所以一些报警器也被制造出来，例如火山口温度超限报警器、地震报警器等等。它们可以检测火山口的温度或者地壳中的变化，并采集数据，通过对数据的处理、比较和推测，来预测当地是否会发生自然灾害，以提前发出警报，减少伤亡。 (d) 1.1.4 日常生活用报警器 报警器的应用已经深入到了我们的日常生活中，除了有水开报警器、禁止吸烟报警器等等，比较常见的有视力保护报警器。此报警器已经普遍嵌入在台灯中，它通过感应一定范围内是否有物体进入来判断 人们是否离书本距离太近了。当感应到时，则会发出警报，提示人们注意视力。 而另
10、外一个常见的应用之处事在医院中，为病人呼叫报警器。有的时候，医生和护士是无法时刻呆在病人的身边的，这样的话，病人若想有什么要求，需要医生或者护士的时候，便可以按下报警器启动按钮，总控制室会显示“报警”的病房号、病床号等并提供给医生和护士，这样，他们就可以迅速的赶往病人处了。 综上所述，安防报警系统得应用是很广泛的。现在除了保安等一些以人力为中心的安防部门之外，还有一种比较流行的智能报警系统。在此处，将会设计一款智能振动报警器。振动报 警器可以用于家庭门窗防盗 毕业论文 4 2.硬件电路的设计 2.1 震动 报警器的硬件组成 家居防盗报警器主要是由 人体探测器 (红外探测信号 )、中央控制单元、
11、数字显示单元、报警电路 、按键控制电路 和电源电路等部分组成。其框图如图 1 所示 。 图 1 震动 报警器的组成框图 按键 的功能就是对报警器进行布防或撤防 ， 震动报警传感器有震动检测部分和 LM393 电压比较器 组成 。工作方式是通过 LM393 判断震动传感器是否有信号，有信号就输出电平 给单片机。单片机 处 理 后 再判断接收的是否为 按键 的信号还是探测器的异常信号，再分别处理，若是异常信号则开启报警电路与显示电路，若是 按键 的信号就是实现撤防或布防的功能。 2.2 家居 防盗报警器的硬件设计 2.2.1 电源设计 考虑采用典型的变压器降压，全波整流，电容滤波及集成电路稳压的思
12、路进行设计。由于单片机及后续的无线接收电路等都用 5 V 作为工作电源，所以在经整流和滤波电路后再用三端集成稳压电路进行稳压，为后续电路提供稳定可靠的 5 V 直流电源，三端稳压集成电路采用 LM7805。具体电路图如图 5。 单 片 机 电源模块 按键模块 晶振电路 数码管显示模块 声光报警模块 震动传感器模块 复位电路 毕业论文 5 图 5 电源电路图 2.2.2 震动 采集电路设计 使用振动传感器来检测门窗的振动，并使用 LM393 比较器比较传感器电压和设置电压值，当有震动时，输出信号，单片机来接受 LM393 传递来的信号，并根据信号来控制报警电路。原理框图如图所示。 振动传感器单
13、片 机（ M C U ）报警电路供 电 系 统图 2 方案二原理框图 用程序使单片机时刻检测传感器传来的信号，并根据此信号来控制报警电路是否报警。 震动检测部分原理图如下图： R12.2kOUT1IN2AC3GND45 6 7VCC8L M 3 9 3C 1 01 0 4R 1 82MZD震动传感器V C C1 0 kR 1 91 0 k9 0 1 2P 1 0 2.2.3 控制、显示电路设计 1234C21 0 4C41 0 4+ C11 0 0 0 U F+ C34 7 0 U FIN12OUT37 8 0 5 V C C220V毕业论文 6 由于控制、显示、报警电路都是围绕单片机进行，所
14、以放在一起阐述。 STC89C51 为 主要的中央处理系统，单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机，这些元件包括中央处理器 CPU、数据存储器 RAM、程序存储器 ROM、定时 /计数器、中断系统、时钟部件的集成和 I/O 接口电路。由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点，因此在现代电子技术和工业领域应用较为广泛，在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃的领域之一。在控制领域中 ,现如今人们更注意计算机的底成本、小体积、运行的可靠性和控制的灵活性。在各类仪器、仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，提高计算机 的运算速度，简化仪器仪表的硬件结
15、构，提高其性能价格比。 （一） STC89C51 主要功能、性能参数如下： （ 1）内置标准 51 内核，机器周期：增强型为 6 时钟，普通型为 12 时钟 ; （ 2）工作频率范围： 040MHZ，相当于普通 8051 的 080MHZ; （ 3） STC89C51RC 对应 Flash 空间： 4KB; （ 4）内部存储器（ RAM)： 256B; （ 5）定时器 计数器： 3 个 16 位； （ 6）通用异步通信口（ UART） 1 个； （ 7）中断源 :8 个； （ 8）有 ISP(在系统可编程） IAP(在应用可编程 ),无需专用编程器 仿真器； （ 9）通用 IO 口： 3236
16、 个； （ 10）工作电压： 3.85.5V； （ 11）外形封装： 40 脚 PDIP、 44 脚 PLCC 和 PQFP 等。 （二） STC89C51 单片机的引脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必 须被拉高。 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻
17、的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL门电流，当 P2 口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P
18、2 口输出地址的高八位。在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当P3 口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） 毕业论文 7 P3.3 /INT1（外
19、部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记时器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 I/O 口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口 时才真正地把外部的数据读入到内部总线。上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器 CPU 将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。这是由硬件自动完成的，不需要我们操心
20、， 1 然后再实行读引脚操作，否则就可能读入出错，为什么看上面的图，如果不对端口置 1 端口锁存器原来的状态有可能为 0Q 端为 0Q为 1 加到场效应管栅极的信号为 1，该场效应管就导通对地呈现低阻抗，此时即使引脚上输入的信号为 1，也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的 1 信号读入后不一定是 1。若先执行置 1 操作，则可以使场效应管截止引脚信号直接加 到三态缓冲器中实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类 I/O 口被称为准双向口。 STC89C51 的 P0/P1/P2/P3 口作为输入时都是准双向口。接下来让我们再看另一个问题，从图中可以看出这四个端口还有
21、一个差别，除了 P1 口外 P0P2P3口都还有其他的功能。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， ALE 端以 不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起
22、作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时， /EA 将内部锁定为 RESET；当 /EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工
23、作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 STC89C51 单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。在 STC89C51 单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的 XTAL1 和 XTAL2 引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。电容的作用是稳定频率和快速起振，电容值在 5-30pF，典型值为 30pF。晶振 CYS 的振荡频率范围在 1.2-12MHz 间选择，典型值为 12MHz 和 11.0592MHz。 当在 STC89C51 单片机的 RST 引脚引入高电平并保持 2 个机器周期时，单 片机内部就执行复
24、位操作，按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过 RST 端经过电阻与电源VCC 接通而实现的。最小系统如图 10 所示。 毕业论文 8 图 10 单片机最小系统电路 最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态。电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、 A/D 扩展等，使单片机完成较复杂的功能。 STC89C51 是片内有 ROM/EPROM 的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠。用 STC89C52 单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复
25、位电路即可，结构如图 2-3 所示，由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。 图 11 单片机最小系统原理框图 (1) 时钟电路 STC89C51 单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。内部时钟方式如图 2-4 所示。在 STC89C51 单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的 XTAL1(18)和 XTAL2(19)引脚外接石英晶体 (简称晶振 )，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉 冲信号。图中电容 C1 和 C2 的作用是稳定频率和快速起振，电容值在 530pF，典型值为 30pF。晶振 CYS 的振荡频率范围在 1.212MH
26、z 间选择，典型值为 12MHz 和 6MHz。 P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T9P 3. 0 (R X D )10P 3. 1 (T X D )11P 3. 2 (IN T 0 )12P 3. 3 (IN T 1 )13P 3. 4 (T 0)14P 3. 5 (T 1)15P 3. 6 (W R )16P 3. 7 (R D )17X T A L 218X T A L 119GND20(A 8 )P 2 .021(A 9 )P 2 .122(A 1 0 )P 2 .223(A 1 1 )P 2 .3
27、24(A 1 2 )P 2 .425(A 1 3 )P 2 .526(A 1 4 )P 2 .627(A 1 5 )P 2 .728P S E N29A L E / P R O G30E A /V P P31(A D 7 )P 0 .732(A D 6 )P 0 .633(A D 5 )P 0 .534(A D 4 )P 0 .435(A D 3 )P 0 .336(A D 2 )P 0 .237(A D 1 )P 0 .138(A D 0 )P 0 .039V C C408 9C 5 2Y111.0592MHzC230C3 30R71 0KV C C+ C11 0u F1 23 4K0R E S E TV C C时钟电路 复位电路 STC89C51 单片机 I/O口
